导入数位电源控制技术的专用LED照明驱动器

　　要让LED能在稳定条件下亮灯并进行调光，LED驱动积体电路(IC)是不可或缺的，且最理想的LED驱动IC必须能够适用于各种功率、调光方式及电源等。

　　LED驱动IC执掌定电流控制

　　为因应此一市场需求，LED照明专用驱动IC要让LED在固定亮度的条件下亮灯，就必须具备可定电流控制的能力。一般来说，如要利用交流电(AC)电源进行定电流控制，通常会采用降压型切换式稳压器方式(图1)。

　　图1 一般的照明专用电源模组

　　传统方式会造成输入电压/输出电压变化过大，且依应用条件不同，有可能还须重新设计电源模组。当输入电压变化过大时，交流电电压的频率如全波整流后的100～120Hz，会导致输入电压出现涟波，此时，LED的亮度将会变得非常不稳定。若要让输入电压稳定，势必要在电源模组设计上加上一些不同的巧思。当输入电压的变化愈大，就须根据光源的输出电压或LED颗数，改变外接零件的常数，但却也同时造成电源模组的样式增加，耗费设计工时(图2)。此外，由于LED的顺向电压(Vf)不稳定，因此照明灯具之间可能会出现亮度差异的情形。

　　图2 输入电压的特性

　　切换式稳压器利用切换时的开关(On/Off)时间比来控制LED电流值。一般传统所采用的控制方法是利用线圈的峰值电流来决定切换ON的时间。此一方法会因为输入/输出电压的改变而让线圈电流的斜率发生变化，结果导致LED电流也跟着改变(图3)。

　　图3 峰值检测控制的LED电流波形

　　要解决此一问题，就须利用LED电流平均值，而非峰值电流来控制LED电流(平均电流控制法)。但透过一般所采用的类比电源控制，不但不易进行平均电流控制法，而且还可能会造成外接零件的增加。先进的LED照明专用驱动IC若运用数位电源控制法，则不须要增加外接零件，只要检测线圈电流，即可解决前述问题(图4)。

　　图4 附有Triac调光的LED照明用驱动IC

　　运用数位电源控制法后，无论输入/输出电压值为何，皆可达成控制LED电流平均值的目标。此种方法就是将线圈电流取样(A/D转换)并进行数位化，然后根据取样资料，运算峰值电流值，以便让LED电流的平均电流达成稳定的目标。接着，再将演算结果进行D/A转换，并反馈至用来检测峰值电流的比较器中(图5)。

　　图5 平均值控制的LED电流波形

　　以切换式电源来说，虽然业界对于数位电源控制的关注程度愈来愈高，但一般均会使用数位讯号处理器(DSP)，因此仍然存在着电路过于庞大而导致成本高、耗电量过大等问题，因此要运用在LED小型照明上仍十分不易。而专用的逻辑IC，以照明为重点功能，并且排除数位电源控制电路/耗电量增大的缺点。

　　除平均电流控制功能外，调光功能也是数位电源控制的特征。先进的LED照明专用驱动IC支援双向矽控整流器调光、PWM调光、线性调光等三种调光方式，适用于各种配备调光功能的照明灯具。

泄流器电路可确保电流稳定#e#泄流器电路可确保电流稳定

　　此外，也可以考虑将LED照明与传统照明灯具所使用的调光器互相搭配使用。传统的调光器所采用的调光方式系利用双向矽控整流器等切换元件来截断部分交流输入电压，同时利用相位角来调整亮度，当ON时，双向矽控整流器调光器必须要保持电流(Holding Current)持续通过，因此保持电流降低时，就会造成双向矽控整流器OFF。相较于传统照明，LED照明的耗电量极低，因此一旦双向矽控整流器的保持电流降低，就会导致调光器不定期OFF，因而出现闪烁(Flicker)的情形(图6)。

　　图6 双向矽控整流器错误动作时的波形

　　为避免此一情形发生，此时须加上能确保电流稳定的泄流器(Breeder)电路，各家厂商架构泄流器电路的方式各有不同。其中，罗姆所开发的LED照明专用驱动IC配备该公司独创的泄流器电路，能有效避免电流的无谓损耗。但是即使是配备能够确保保持电流的泄流器电路，仍可能无法避免双向矽控整流器调光器所造成的误动作发生。原因就在于当双向矽控整流器ON时，会因输入电容充电产生突波电流，而造成严重的震铃(Ringing)现象，此时，因为双向矽控流整器OFF了，保持电流即瞬间下降(图7)。

　　图7 双向矽控整流器On时所产生的震铃电流

　　若极力想避免震铃现象，反而会导致电路效率不佳，想要找到解决对策并不是一件容易的事。因此，为了解决此一突发性的震铃现象，目前已经有厂商透过数位的控制方式来防止闪烁的发生。

　　传统方式是利用电容器来检测双向矽控整流器的相位角，然后再将平滑化之后的电压输入调光解码器中。电容器在功能上虽然能够过滤震铃现象所造成的误动作，然而对于100Hz/120Hz等低频区所出现的误动作，却完全无法过滤，最后还是会造成闪烁的情形。

　　先进的LED照明专用驱动IC有内建数位滤波器，可以有效解决上述问题，其先针对相位角进行取样，然后再以数位方式储存至记忆体中。调整亮度前，先让电流通过以双向矽控整流器调光为重点功能的数位滤波器，如此便能将双向矽控整流器调光器，因其突发性的误动作所出现的错误值完全进行遮蔽，藉此达到防止闪烁的目的(图8)。

　　图8 Triac调光器误动作时内建数位滤波器驱动IC的LED电流波形

　　目前已有厂商能够为客户提供多种LED照明灯具的LED驱动IC解决方案，这些解决方案皆期盼能够为LED照明的普及化尽一分心力，进一步加速产业的发展。